2009年，蔡瀚億參加了電影《狂舞派》選角試鏡且得到了拍片邀約，并出演了一些廣告，之后還參與了舞臺劇團的話劇演出。
2012年，《狂舞派》得到投資終于開機拍攝，蔡瀚億為了更專注地進入角色，有更多的時間鉆研劇本，推掉了所有工作并離開了劇團 。
2013年，蔡瀚億與顏卓靈、楊樂文、范穎兒聯袂主演街舞青春電影《狂舞派》，在片中飾演睿智幽默的太極社社長柒良，該片是蔡瀚億的首部電影作品，他從此正式開啟演員之路，而該片作為小成本電影，在香港上映后票房突破千萬港幣 ，蔡瀚億也憑借該片獲得第33屆香港電影金像獎及香港電影導演會最佳新演員獎 。
2014年4月，蔡瀚億在葉念琛執導的愛情電影《百變愛人》中飾演變身前的溫特福 ；同年9月，與張兆輝、周俊偉、邵音音合作主演的驚悚電影《午夜43路》，在片中飾演B仔警察陳家樂 ；同年，蔡瀚億還參與了粵語版《麥兜我和我媽媽》的配音工作。
2015年2月，蔡瀚億與吳君如、劉浩龍、姜皓文合作主演喜劇電影《十二金鴨》，在片中飾演十二金鴨之一的流云 ；同年5月，與馮寶寶、曾江、王瀾霏合作主演勵志親情電影《媽咪俠》，在片中飾演女主人公阿愛的兒子 ；同年6月，在鄭保瑞執導的犯罪動作電影《殺破狼2》中飾演重案組高級警員郭俊一。
2016年1月，蔡瀚億出演吳鎮宇、鄭中基、江疏影主演的喜劇電影《惡人報喜》；同年3月，與陳慧敏、劉心悠、薛凱琪合作主演的浪漫愛情電影《燈塔下的戀人》在中國內地上映，在片中飾演車迷細堅。
2020年12月24日，主演的動作犯罪電影《拆彈專家2》上映 。
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